一种新型浅层及中深层地热资源同孔跨季利用系统的制作方法

本发明一种新型浅层及中深层地热资源同孔跨季利用系统属于地热能源利用的，具体涉及一种新型浅层及中深层地热资源同孔跨季利用系统。

背景技术：

1、地热能广义上是指贮存在地壳中的清洁可再生热能资源，它来自地球原始形成过程中产生的热量和物质的放射性衰变。地热能是一种清洁能源，是可再生能源，其开发前景十分广阔。地热资源有三种利用模式，分浅层地热能利用、中深层地热能利用和深层地热能利用，例如在普通地区，浅层地热一般是指蕴藏在地表以下200米范围内岩土体、地下水中，具有开发利用价值的低于25℃的热能，采用地源热泵系统可用于建筑供暖、制冷和热水供给。中深层地热能也叫“常规地热”，一般埋深在3000米以内，主要被直接用于建筑供暖、养殖、温室种植及灌溉、医疗保健、工业生产等。深层地热资源主要用于发电。

2、现在的地热资源应用于换热系统，一种是利用浅层地热，需要配备热泵系统，利用热泵原理，实现制冷或供暖，浅层地热系统在夏冬季为热泵系统介质进行散热或供热。然而浅层地热温度较低，冬季供暖效率低。

3、另一种是建立中深层地热系统，夏季利用空气源热泵供冷(即空调系统)，冬季则将介质送入中深层地热进行换热供暖。然而，这种系统夏季无法利用地热资源优势。

4、由此，夏季利用浅层地热资源及冬季利用中深层地热资源的组合搭配无疑是地热资源利用的最优解，然而现有技术只能在一个钻孔中单独布置浅层地热资源换热器或中深层地热资源换热器，造成组合搭配方案需要产生双倍钻孔，成本造价将巨额增加。

技术实现思路

1、为了解决上述技术缺陷之一，本发明提供了一种新型浅层及中深层地热资源同孔跨季利用系统，不增加钻孔数量的同时，实现夏季利用浅层地热资源及冬季利用中深层地热资源，使用简单方便，造价较低，空间占用率低。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种新型浅层及中深层地热资源同孔跨季利用系统，埋设在岩土层内挖设的钻孔中，所述钻孔贯穿变温带区域、浅层地热区域至中深层地热区域，该系统包括外管、上段内管、下段内管、透水填料层和混凝土筑筒；

3、所述外管为上下端均封闭的空腔管体结构，所述外管竖向固定安装在钻孔中心，且外管的顶部露出地面，所述外管位于地面上方的外壁上设有连通其内部的入水管；

4、所述变温带区域和浅层地热区域的钻孔内壁与所述外管的外壁之间填充有透水填料层，所述中深层地热区域的钻孔内壁与所述外管的外壁之间设置有混凝土浇筑成型的混凝土筑筒；

5、所述浅层地热区域的外管内部中心竖向固定有上段内管，所述上段内管的上部贯穿外管的顶面并伸至外管外部与供热系统管入口连接，所述中深层地热区域的外管内部中心竖向固定有下段内管，上段内管和下段内管均为上下敞口的空心管体结构；

6、所述上段内管下端与下段内管上端之间留有第一过水通区，第一过水通区安装有水流向切换组件，所述下段内管下端与外管内底面之间留有第二过水通区；

7、所述水流向切换组件包括两种水流通道模式：模式一为外管与上段内管直接连通且外管上部和上段内管均不与第一过水通区下方管道连通，模式二为外管上下连通、上段内管与下段内管直接连通且外管与上段内管不连通。

8、所述水流向切换组件包括下错盘、上错盘、导向套和电磁铁，所述下错盘固定安装在下段内管上端，所述下错盘的外缘密封固定在外管内壁上，所述上错盘上下滑动安装在下错盘上方的第一过水通区内，所述上错盘的底面固定有导向套，所述导向套贯穿下错盘并滑动套装在下段内管的外壁上，且导向套与下段内管的贴合面上竖向设置有相匹配的凹槽与凸条，所述导向套的长度大于第一过水通区的高度，所述下错盘和上错盘上交错设置有多个通孔，且下错盘和上错盘相贴合时所有通孔均被封堵，所述上段内管底端固定设置有多个电磁铁，所有电磁铁均与控制系统电连接并由控制系统供电，所述上错盘的制作材料为铁。

9、所述电磁铁为铁芯管外缠绕导电绕组构成，所述导线绕组两端与控制系统电连接并由控制系统供电，所述铁芯管为软铁或硅钢制成的空心管状，且铁芯管固定套装在上段内管底部，所述电磁铁通电吸附上错盘与上段内管底面贴合时，上错盘上表面与上段内管底端之间不留间隙。

10、所述电磁铁为内部设有电磁组件的模块盒体，所述电磁铁内嵌于上段内管下部管壁内，且电磁组件与控制系统电连接并由控制系统供电，所述电磁铁通电吸附上错盘与上段内管底面贴合时，上错盘上表面与上段内管底端之间不留间隙。

11、所述多个电磁铁分为两组，所述控制系统控制两组电磁铁的供电共同启动或部分启动，由模式一切换为模式二时两组电磁铁全部启动，切换完成后其中一组电磁铁关闭。

12、所述的上段内管和下段内管的外壁均通过多根连杆与外管内壁固定连接。

13、所述外管为钢材制作，所述上段内管和下段内管均为保温材料制作。

14、所述透水填料层的填充物为陶粒，或为砂子。

15、所述下错盘的顶面固定设置有耐高温橡胶层。

16、所述下段内管为多段内管结构，且每两个上下相邻的内管之间均留有第一过水通区，每个第一过水通区安装有水流向切换组件。

17、采用本发明提供的新型浅层及中深层地热资源同孔跨季利用系统，通过两种水流通道模式的切换，改变水流通道，在不同的季节分别与浅层或中深层地热资源进行换热，实现水介质的散热或储热，达到浅层及中深层地热资源跨季利用的目的，操作方便，结构简单且造价低廉，热能利用率高。

18、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所指出的内容来实现和获得。

技术特征：

1.一种新型浅层及中深层地热资源同孔跨季利用系统，埋设在岩土层内挖设的钻孔中，所述钻孔贯穿变温带区域(100)、浅层地热区域(6)至中深层地热区域(7)，其特征在于：该系统包括外管(1)、上段内管(2)、下段内管(3)、透水填料层(4)和混凝土筑筒(5)；

2.根据权利要求1所述的一种新型浅层及中深层地热资源同孔跨季利用系统，其特征在于：所述水流向切换组件包括下错盘(11)、上错盘(12)、导向套(13)和电磁铁(14)，所述下错盘(11)固定安装在下段内管(3)上端，所述下错盘(11)的外缘密封固定在外管(1)内壁上，所述上错盘(12)上下滑动安装在下错盘(11)上方的第一过水通区(8)内，所述上错盘(12)的底面固定有导向套(13)，所述导向套(13)贯穿下错盘(11)并滑动套装在下段内管(3)的外壁上，且导向套(13)与下段内管(3)的贴合面上竖向设置有相匹配的凹槽与凸条，所述导向套(13)的长度大于第一过水通区(8)的高度，所述下错盘(11)和上错盘(12)上交错设置有多个通孔(15)，且下错盘(11)和上错盘(12)相贴合时所有通孔(15)均被封堵，所述上段内管(2)底端固定设置有多个电磁铁(14)，所有电磁铁(14)均与控制系统电连接并由控制系统供电，所述上错盘(12)的制作材料为铁。

3.根据权利要求2所述的一种新型浅层及中深层地热资源同孔跨季利用系统，其特征在于：所述电磁铁(14)为铁芯管外缠绕导电绕组构成，所述导线绕组两端与控制系统电连接并由控制系统供电，所述铁芯管为软铁或硅钢制成的空心管状，且铁芯管固定套装在上段内管(2)底部，所述电磁铁(14)通电吸附上错盘(12)与上段内管(2)底面贴合时，上错盘(12)上表面与上段内管(2)底端之间不留间隙。

4.根据权利要求2所述的一种新型浅层及中深层地热资源同孔跨季利用系统，其特征在于：所述电磁铁(14)为内部设有电磁组件的模块盒体，所述电磁铁内嵌于上段内管(2)下部管壁内，且电磁组件与控制系统电连接并由控制系统供电，所述电磁铁(14)通电吸附上错盘(12)与上段内管(2)底面贴合时，上错盘(12)上表面与上段内管(2)底端之间不留间隙。

5.根据权利要求3或4所述的一种新型浅层及中深层地热资源同孔跨季利用系统，其特征在于：所述多个电磁铁(14)分为两组，所述控制系统控制两组电磁铁(14)的供电共同启动或部分启动，由模式一切换为模式二时两组电磁铁(14)全部启动，切换完成后其中一组电磁铁(14)关闭。

6.根据权利要求3或4所述的一种新型浅层及中深层地热资源同孔跨季利用系统，其特征在于：所述的上段内管(2)和下段内管(3)的外壁均通过多根连杆与外管(1)内壁固定连接。

7.根据权利要求3或4所述的一种新型浅层及中深层地热资源同孔跨季利用系统，其特征在于：所述外管(1)为钢材制作，所述上段内管(2)和下段内管(3)均为保温材料制作。

8.根据权利要求3或4所述的一种新型浅层及中深层地热资源同孔跨季利用系统，其特征在于：所述透水填料层(4)的填充物为陶粒，或为砂子。

9.根据权利要求3或4所述的一种新型浅层及中深层地热资源同孔跨季利用系统，其特征在于：所述下错盘(11)的顶面固定设置有耐高温橡胶层。

10.根据权利要求3或4所述的一种新型浅层及中深层地热资源同孔跨季利用系统，其特征在于：所述下段内管(3)为多段内管结构，且每两个上下相邻的内管之间均留有第一过水通区(8)，每个第一过水通区(8)安装有水流向切换组件。

技术总结
本发明属于地热能源利用的技术领域，提供了一种新型浅层及中深层地热资源同孔跨季利用系统，采用的技术方案为：上下端封闭的外管竖向固定安装在钻孔中心，外管的顶部设有入水管，浅层地热区域的钻孔内壁与外管的外壁之间填充有透水填料层，中深层地热区域的钻孔内壁与外管的外壁之间设置有混凝土筑筒，浅层地热区域的外管内部中心竖向固定有上段内管，上段内管的上部贯穿外管的顶面并与供热系统管入口连接，中深层地热区域的外管内部中心竖向固定有下段内管，上段内管和下段内管均为上下敞口的空心管体结构，上段内管与下段内管之间留有第一过水通区，第一过水通区安装有水流向切换组件，下段内管下端与外管内底面之间留有第二过水通区。

技术研发人员：吴晓刚,亢旭阳,余建雨,李卫锋,王志杰,王威,薛莲,杨健辉,刘杨,薛浩然,张雯靖,曹策沛,付琪珍,杨文涛,韩艺红,张凯淇,宋淇,王典典,高昂,贾昊龙
受保护的技术使用者：河南建设投资集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/19